李 迎，趙自趁

基于UG/CAD/CAM的放大鏡型腔編程與銑削加工

李 迎1，趙自趁2

（1. 深圳職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機(jī)電工程學(xué)院，廣東 深圳 518055；2. 南昌市第三中學(xué)，江西 南昌 330029）

基于UGNX10.0實(shí)現(xiàn)放大鏡的實(shí)體建模及注塑模型腔設(shè)計(jì)，并針對該型腔零件制定了2種數(shù)控編程方案，其后利用加工中心完成該型腔的銑削加工．通過對重要尺寸測量結(jié)果的分析比對，確定了方案2更優(yōu)化更合理．該方案實(shí)現(xiàn)了更光潔的加工表面質(zhì)量，及更高的產(chǎn)品試加工效率．

UG/CAD/CAM；實(shí)體建模；型腔設(shè)計(jì)；數(shù)控編程；銑削加工

UG/NX/CAD/CAM為用戶的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及加工過程提供了數(shù)字化造型和驗(yàn)證手段，為工業(yè)應(yīng)用增強(qiáng)了CAM現(xiàn)有的自動編程功能，定義標(biāo)準(zhǔn)化刀具庫，并簡化了智能刀具路徑創(chuàng)建多樣的零件模擬功能，靈活設(shè)置加工工藝參數(shù)進(jìn)行用戶化修改和剪裁，為快速、準(zhǔn)確地進(jìn)行粗、精加工提供解決方案[1，2]．本文基于UGNX10.0對放大鏡進(jìn)行實(shí)體建模以及型腔設(shè)計(jì)，針對其型腔零件制定了2種數(shù)控編程方案，并在VMC850E加工中心分別完成零件數(shù)控銑削加工，其后利用三坐標(biāo)測量機(jī)及表面粗糙度儀對2種編程方案加工的型腔進(jìn)行重要尺寸及表面粗糙度的測量．

1 放大鏡零件建模與型腔型芯設(shè)計(jì)

基于UG建模模塊中的草圖、回轉(zhuǎn)、曲面、打孔、圓角、鏡像等操作實(shí)現(xiàn)放大鏡實(shí)體建模．利用UG注塑模智能設(shè)計(jì)模塊MoldWizard進(jìn)行注塑模具設(shè)計(jì)中的分型設(shè)計(jì)、加入標(biāo)準(zhǔn)件、制作小嵌塊、設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)、設(shè)計(jì)及修改標(biāo)準(zhǔn)零件等操作實(shí)現(xiàn)放大鏡型芯型腔設(shè)計(jì)，其中得到的型腔零件圖如圖1所示（放大鏡材料選用有機(jī)玻璃-PMMA，零件圖中的尺寸考慮了材料收縮率1.002）．受圖幅有限，只標(biāo)注了其重要尺寸．

圖1 放大鏡型腔零件圖

2 放大鏡型腔零件數(shù)控編程

2.1 型腔零件分析

型腔零件材料為p20模具鋼，加工刀具材料為硬質(zhì)合金刀．此零件加工難點(diǎn)有二處：1）深度為3.51mm的頭部圓環(huán)槽底部的R0.5mm圓角、手柄根部的R0.5mm圓角以及手柄分型面處的R0.5mm圓角，加工此類圓角，用小球頭刀效率太低且容易斷刀，用R0.5mm的圓鼻銑刀則無法加工另一側(cè)的垂直面底部（不帶圓角），需換刀再加工；2）頭部放大鏡工作鏡面部分，其表面粗糙度要求較高，達(dá)到Ra0.8μm，并且要求表面質(zhì)量均勻一致，不允許出現(xiàn)下刀痕跡．故放大鏡型腔頭部為此零件加工的重點(diǎn)和難點(diǎn)，本文以頭部鏡面直徑尺寸和鏡面表面粗糙度為產(chǎn)品合格的重點(diǎn)檢驗(yàn)要素．

2.2 數(shù)控編程

進(jìn)入U(xiǎn)G加工模塊，針對型腔零件制定了2個(gè)加工方案，其加工工藝參數(shù)分別羅列于表1和表2．2個(gè)方案步驟1都對毛坯進(jìn)行頂面銑以便找平毛坯表面[3-5]．

2.2.1 方案1

方案1加工工序參數(shù)見表1．按照粗-半精-精加工模式，共8個(gè)步驟，以型腔銑為主．為了提高加工效率，步驟2、3選擇不同直徑的刀具分別進(jìn)行整體和鏡面邊緣溝槽的型腔銑粗加工；步驟4進(jìn)一步減少切削深度和余量，完成整個(gè)型腔的半精加工；步驟5、6針對鏡面邊緣溝槽這個(gè)重點(diǎn)部位進(jìn)行型腔銑半精和精加工；步驟7、8是有加工難度的鏡面和手柄斜面，鏡面是曲面，手柄斜面有圓角，分別采用不同直徑的球頭刀進(jìn)行固定輪廓銑，其中鏡面加工步驟選擇了較低的主軸轉(zhuǎn)速以保證粗糙度．

2.2.2 方案2

方案2加工工序參數(shù)見表2．按照粗-精加工模式，共5個(gè)步驟．步驟2完成整個(gè)型腔粗銑后進(jìn)入到步驟3——鏡面邊緣溝槽底部的粗加工，這是重點(diǎn)加工部位，使用D3/R0.5平底刀，選擇適用于陡峭側(cè)壁的深度輪廓銑，切削部位超過圓角部位約0.5mm，切削每刀深度為0.05mm，刀軌如圖2(a)；步驟4進(jìn)行鏡面邊緣溝槽和手柄部位的圓角精加工，使用D3/R0.5的平底刀，設(shè)定0.03 mm的恒定加工深度以確保實(shí)現(xiàn)整個(gè)型腔的精銑，尤其可以將鏡面溝槽以及手柄的圓角部分加工到位，刀軌如圖2(b)；以上深度輪廓加工均設(shè)置切削層最優(yōu)化方案，并為了減少抬刀次數(shù)，層到層連接均設(shè)置直接對部件進(jìn)刀；步驟5選用D4/R2球頭刀對鏡面這個(gè)曲面部位進(jìn)行區(qū)域輪廓銑精加工，切削模式選擇跟隨周邊，步距應(yīng)用在部件上，切削步距為0.12mm，刀軌如圖2(c)所示．

圖2 方案2重要加工刀路模擬圖

表1 方案1加工工序參數(shù)

表2 方案2加工工序參數(shù)

2.3 生成加工代碼

利用UG系統(tǒng)的后置處理器功能可以將自動編程刀軌數(shù)據(jù)文件轉(zhuǎn)變?yōu)橹付〝?shù)控機(jī)床可執(zhí)行的NC代碼程序，同時(shí)需保證與編程者的數(shù)控系統(tǒng)相一致，以符合編程格式和數(shù)控系統(tǒng)的要求，本文采用的機(jī)床是VMC850E加工中心．

3 放大鏡型腔零件銑削加工

按照對刀、生成程序、執(zhí)行程序、零件加工的步驟，2個(gè)方案加工后的成品分別如圖3(a)和(b)所示．

圖3 放大鏡型腔加工成品圖

4 放大鏡型腔零件測量與評定

本文選用的測量設(shè)備是海克斯康懸臂式三坐標(biāo)測量機(jī)，經(jīng)過測頭校準(zhǔn)、建立坐標(biāo)系、零件幾何特征的測量與構(gòu)造，得到了頭部鏡面直徑尺寸的測量與評定結(jié)果，同時(shí)利用表面粗糙度儀測量得到鏡面部分的表面粗糙度值，見表3．

1）UG NX/CAD/CAM中的建模、注塑模和加工模塊提供的完備軟件功能實(shí)現(xiàn)了型腔零件加工前的全部準(zhǔn)備工作．

表3 型腔重要尺寸測量與評定結(jié)果

2）通過表3頭部鏡面直徑尺寸的測量結(jié)果可知，2種方案的評定結(jié)果都是合格的，說明2種方案都是可行的．

3）通過觀測兩種方案的加工成品獲知，方案1零件的鏡面存在細(xì)小的加工紋路，而方案2零件的鏡面表面光潔度優(yōu)勢明顯，同時(shí)通過表面粗糙度儀測量結(jié)果也證明了方案2的鏡面加工效果更好．

4）方案1涉及8個(gè)加工步驟，用到了5種刀具，加工過細(xì)，時(shí)間偏長；方案2加工步驟精簡為5步，只需4種刀具，加工效率明顯提高．

5）從成品質(zhì)量以及加工效率來看方案2更有效合理．

[1] 陳乃峰．UG NX8數(shù)控加工案例教程[M]．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2012．

[2] 王茂青．基于UG CAM的機(jī)加工工藝過程仿真技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn)[J]．現(xiàn)代制造工程，2018（5）：89-97．

[3] 葛菊英，章紅梅．基于UG/CAM的典型零件加工[J]．裝備制造技術(shù)，2010（11）：125-127．

[4] 范希營，郭永環(huán)．基于UG/CAM的復(fù)雜型腔的實(shí)體造型及銑削加工[J]．機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2009（10）：150-151．

[5] 朱光力，等．UG NX10.0注塑模具CAD/CAM實(shí)訓(xùn)實(shí)例教程[M]．北京：高等教育出版社，2018．

Programming and Milling of Magnifier Cavity Based on UG/CAD/CAM

LI Ying1, ZHU Zizheng

（）

Based on UGNX10.0, the solid modeling of magnifier and the design of injection mould cavity are realized, and two NC programming schemes for the cavity parts are developed. Then the milling of the cavity is completed by using the machining center. Through the analysis and comparison of measurement results of important dimensions, it is proved that scheme 2 is more optimized and more reasonable which achieves cleaner surface quality and higher trial processing efficiency.

UG/CAD/CAM; solid modeling; cavity design; NC programming; milling

10.13899/j.cnki.szptxb.2019.05.004

2019-03-01

李迎（1976-），女，河北樂亭人，副教授，碩士，研究方向：機(jī)械儀表，機(jī)械加工及測控技術(shù)．

TH164

A

1672-0318（2019）05-0019-04